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§ 3. LA FUSIONE NUCLEARE

 

Una reazione nucleare consistente nell’unione (o fusione) di due nuclei leggeri, con la conseguente formazione di un nucleo più pesante, procede nella direzione di un aumento della stabilità: essa è perciò accompagnata da una perdita di massa e da una emissione di energia. L’energia emessa in una singola fusione è molto inferiore a quella emessa in una singola fissione. Tuttavia, poiché la fusione riguarda atomi leggeri, l’energia emessa per unità di massa risulta nettamente superiore: con la fissione di 1 kg di uranio si svilupperebbe un’energia dell’ordine dei 20 miliardi di kilocalorie; con la fusione di 1 kg di deuterio si otterrebbero, invece, circa 140 miliardi di kilocalorie.

Per poter realizzare effettivamente la fusione di due nuclei leggeri, occorre che essi siano spinti l’uno verso l’altro con un’energia sufficiente a vincere la repulsione elettrostatica. Tale energia risulta molto elevata, dell’ordine delle migliaia di eV[i], e può essere raggiunta utilizzando le macchine acceleratici di particelle: in questo caso, tuttavia, la fusione interessa un numero molto limitato di nuclei, per cui essa avviene soltanto su scala microscopica come le altre comuni reazioni nucleari.

Si può immaginare di realizzare la fusione su scala macroscopica utilizzando un gas (idrogeno) a temperatura così elevata che l’energia cinetica media delle particelle dovuta all’agitazione termica risulti appunto dell’ordine delle migliaia di eV: in tal caso, infatti, si potrebbe avere inizialmente la fusione di alcuni nuclei, i quali libererebbero energia facendo aumentare ulteriormente la temperatura, cosicché nuovi e più numerosi nuclei si fonderebbero liberando altra energia e così via. La reazione potrebbe così automantenersi con un meccanismo analogo a quello che si realizza nelle normali combustioni: è per questo che reazioni del genere si chiamano anche termonucleari.

La temperatura necessaria per produrre una reazione termonucleare è enorme, dell’ordine di milioni di gradi centigradi. Valori simili si riscontrano nel sole e nelle altre stelle ma, fino a pochi decenni or sono, sembravano irraggiungibili sulla terra. La realizzazione della bomba a fissione ha, però, consentito di disporre di una fonte di energia talmente enorme e concentrata da produrre le elevatissime temperature richieste. È stata così realizzata la bomba H, nella quale il processo di fusione dell’idrogeno e dei suoi isotopi viene innescato dall’esplosione di una bomba a fissione. L’energia liberata è limitata soltanto dalla quantità di isotopi dell’idrogeno presenti e può perciò raggiungere valori incredibili: una bomba H può essere migliaia di volte più potente di quelle che rasero al suolo Hiroshima e Nagasaki!

L’applicazione pacifica dell’energia termonucleare è ancora di là da venire. I progetti e le ricerche in corso si basano sostanzialmente sulla produzione di temperature elevatissime in un gas contenente idrogeno (plasma) per mezzo di scariche elettriche e sulla realizzazione di campi magnetici capaci di contenere il plasma (le cosiddette bottiglie magnetiche) impedendo il suo contatto con parti materiali che verrebbero immediatamente fuse. Come è facile comprendere le difficoltà tecniche sono enormi, ma i recenti progressi (che riguardano principalmente una bottiglia magnetica di forma toroidale, cioè a ciambella), fanno intravedere la possibilità di giungere a risultati pratici in un futuro non lontano.

Il grandissimo interesse che rivestono le applicazioni pacifiche dell’energia termonucleare risiede nel fatto che la fonte primaria è l’idrogeno, un elemento disponibile ovunque in quantità praticamente illimitata. La fusione, se diventerà tecnicamente fattibile ed ecologicamente compatibile, potrebbe condurre l’umanità a risolvere definitivamente il problema del crescente fabbisogno di energia.

 

 

 

 

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[i] eV: Elettronvolt. È definito come l’energia che acquista una carica eguale a quella di un elettrone quando viene accelerata da una differenza di potenziale di 1 V.